CN110401393A - 宽容分层序列模型预测控制方法、设备和存储介质 - Google Patents

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CN110401393A CN201910749372.7A CN201910749372A CN110401393A CN 110401393 A CN110401393 A CN 110401393A CN 201910749372 A CN201910749372 A CN 201910749372A CN 110401393 A CN110401393 A CN 110401393A
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张凯
杨勇
陈蓉
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Abstract

本发明公开了一种宽容分层序列模型预测控制方法、设备和存储介质，使用该方法控制永磁同步电机，永磁同步电机由逆变器驱动，该方法包括(1)第k个采样周期，使用预测模型预测永磁同步电机在第k+1个采样周期的转矩和磁链；(2)计算第k+1个采样周期永磁同步电机的转矩预测值与转矩目标值的误差J1、磁链预测值与磁链目标值的误差J2；(3)基于宽容分层序列法在逆变器的所有输出电压矢量中选取最优输出电压矢量用作第k+1个采样周期逆变器的输出电压矢量。本发明宽容分层序列模型预测控制方法、设备和存储介质，基于宽容分层序列法将控制目标按重要程度由高到低分层控制，依次选择满足条件的输出电压矢量，直到输出电压矢量数唯一或最小化相应的目标函数。

Description

宽容分层序列模型预测控制方法、设备和存储介质
技术领域
本发明涉及永磁电机控制技术领域，具体涉及一种用于三相永磁电机的宽容分层序列模型预测控制方法、设备和存储介质。
背景技术
自电机发明以来，其在工业和民用等领域得到了广泛应用，已深入到生活的各个方面。电机分为直流电机和交流电机，交流电机又分为异步和同步电机。这其中，永磁同步电机因为结构简单、运行高效平稳，收到了诸多青睐，被广泛应用于风力发电、航空航天和工业机器人等领域，而中国占世界的稀土资源储量又最为丰富，拥有良好的高磁场永磁材料研究条件。
三相正弦波永磁同步电机广泛应用的控制技术主要有恒压频比控制、矢量控制和直接转矩控制，而模型预测控制则是近些年来的研究热点。随着电力电子技术和稀土永磁材料的发展。在***鲁棒性、精确性和经济性方面，传统控制技术面临着更高的要求。恒压频比控制***结构简单，价格低廉，但不能实现转矩的精确控制，仅用于动态性能要求低的场合。矢量控制的精度高，调速范围广，但是需要确定磁链位置，其参数影响和计算量大，***较为复杂。直接转矩控制动态性能和参数鲁棒性好，控制简单，但有转矩、电流脉动大，所需开关频率高等不足。
近些年来，随着数字信号处理器和微电子技术的发展，运行计算速度已经能达到每秒百万条指令，这使得电机的模型预测控制得到了广泛关注和研究。一般的交流电机控制***都通过逆变器产生交流电输出到电机上，而逆变器不同的功率开关器件状态组合产生的输出电压矢量有限，所以在每个控制周期内，可以选择合适的开关信号来控制电机。模型预测控制主要思想是通过电机数学模型预测下一时刻的控制变量，然后利用目标函数最小化的方法，从有限的开关状态中选出最优的输出电压矢量作用到电机上。传统的模型预测控制对于不同的控制目标，如转矩、磁链和约束条件等，用权重系数法将多个控制目标转化为单个目标优化问题，***结构简单，动态响应快，充分利用了电力电子变换器的离散化特点。但传统方法的权重系数调节多是依赖经验来试凑，不利于实际的应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种宽容分层序列模型预测控制方法、设备和存储介质，应用于三相正弦波永磁同步电机的转矩、磁链控制，基于宽容分层序列法将控制目标按重要程度由高到低分层控制，依次选择满足条件的输出电压矢量，直到输出电压矢量数唯一或最小化相应的目标函数，相较于传统的控制方法省却了权重系数的调节，方便了用户的使用；同时，模型预测控制的优势，有着良好的动态性能。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种宽容分层序列模型预测控制方法，使用该方法控制永磁同步电机，所述永磁同步电机由逆变器驱动，该方法包括，
(1)第k个采样周期，使用预测模型预测永磁同步电机在第k+1个采样周期的转矩和磁链；所述预测模型与第k个采样周期逆变器的输出电压矢量关联、与逆变器的所有输出电压矢量关联；所述逆变器的输出电压矢量为逆变器多个功率开关的状态组合；
(2)基于以下公式一计算第k+1个采样周期永磁同步电机的转矩预测值与转矩目标值的误差J1，以及基于以下公式二计算第k+1个采样周期永磁同步电机的磁链预测值与磁链目标值的误差J2；
J1＝(Te *-Te k+1)2 (公式一)
J2＝(|ψs *|-|ψs k+1|)2 (公式二)
其中，Te *为转矩目标值；|ψs *|为磁链目标值；Te k+1为永磁同步电机在第k+1个采样周期的转矩预测值；|ψs k+1|为永磁同步电机在第k+1个采样周期的磁链预测值；
(3)基于宽容分层序列法在逆变器的所有输出电压矢量中选取最优输出电压矢量用作第k+1个采样周期逆变器的输出电压矢量，其包括，
从逆变器的所有输出电压矢量中选取误差J1小于等于转矩宽容值的输出电压矢量；在误差J1小于等于转矩宽容值的所有输出电压矢量中，选取误差J2最小的输出电压矢量为所述最优输出电压矢量；
或者，从逆变器的所有输出电压矢量中选取误差J2小于等于磁链宽容值的输出电压矢量；在误差J2小于等于磁链宽容值的所有输出电压矢量中，选取误差J1最小的输出电压矢量为所述最优输出电压矢量。
为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种宽容分层序列模型预测控制方法，使用该方法控制永磁同步电机，所述永磁同步电机由逆变器驱动，该方法包括，
(1)第k个采样周期，使用预测模型预测永磁同步电机在第k+1个采样周期的转矩和磁链，并迭代计算第k+2个采样周期的预测转矩和预测磁链，取第k+2个采样周期的预测转矩和预测磁链控制第k+1个采样周期的永磁同步电机；所述预测模型与第k个采样周期逆变器的输出电压矢量关联、与逆变器的所有输出电压矢量关联；所述逆变器的输出电压矢量为逆变器多个功率开关的状态组合；
(2)基于以下公式三计算第k+2个采样周期永磁同步电机的转矩预测值与转矩目标值的误差J3，以及基于以下公式四计算第k+2个采样周期永磁同步电机的磁链预测值与磁链目标值的误差J4；
J3＝(Te *-Te k+2)2 (公式三)
J4＝(|ψs *|-|ψs k+2|)2 (公式四)
其中，Te *为转矩目标值；|ψs *|为磁链目标值；Te k+2为永磁同步电机在第k+2个采样周期的转矩预测值；|ψs k+2|为永磁同步电机在第k+2个采样周期的磁链预测值；
(3)基于宽容分层序列法在逆变器的所有输出电压矢量中选取最优输出电压矢量用作第k+2个采样周期内逆变器的输出电压矢量，其包括，
从逆变器的所有输出电压矢量中选取误差J3小于等于转矩宽容值的输出电压矢量；误差J3小于等于转矩宽容值的所有输出电压矢量中，选取误差J4最小的输出电压矢量为所述最优输出电压矢量；
或者，从逆变器的所有输出电压矢量中选取误差J4小于等于磁链宽容值的输出电压矢量；误差J4小于等于磁链宽容值的所有输出电压矢量中，选取误差J3最小的输出电压矢量为所述最优输出电压矢量。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括使用光电编码器测量所述永磁同步电机的转子位置角，经微分换算获得转子转速ωm，使用PI控制器处理转子转速ωm和转子目标转速ω*，所述转矩目标值Te *与所述PI控制器的输出值相关。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述转子目标转速ω*为与控制方法运行稳定性相关的恒定值。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述磁链目标值|ψs *|为与控制方法运行稳定性相关的恒定值。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括使用电流传感器检测所述永磁同步电机的三相定子电流，经坐标变换得到dq坐标系下的电流分量；dq坐标系下面装式永磁同步电机在连续时间域电流微分方程为：
式中，参数Rs为定子电阻；ψf为转子磁链；Ld、Lq为dq坐标系电感；ud、uq为dq坐标系电压；id、iq为dq坐标系电流；ωe＝pωn，p是转子极对数，ωn是机械角速度；Rs是定子绕组电阻；
根据欧拉前向获得离散时间域下的定子电流变量Δid、Δiq；
式中，Ts为采样周期。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括第k个采样周期，使用预测模型预测永磁同步电机在第k+1个采样周期的转矩Te(k+1)和磁链ψe(k+1)为：
本发明一个较佳实施例中，进一步包括第k个采样周期，使用预测模型预测永磁同步电机在第k+1个采样周期的转矩和磁链，并迭代计算第k+2个采样周期的预测转矩Te(k+2)和预测磁链转矩ψe(k+2)为：
为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种宽容分层序列模型预测控制设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器内并可在所述处理器上运行的程序，所述程序被所述处理器执行时实现如权利要求以上所述的宽容分层序列模型预测控制方法。
为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有宽容分层序列模型预测控制开发程序，所述宽容分层序列模型预测控制开发程序被处理器执行时实现以上所述的宽容分层序列模型预测控制方法。
本发明的有益效果：
本发明实施例的宽容分层序列模型预测控制方法、设备和存储介质，应用于三相正弦波永磁同步电机的转矩、磁链控制，基于宽容分层序列法将控制目标按重要程度由高到低分层控制，依次选择满足条件的输出电压矢量，直到输出电压矢量数唯一或最小化相应的目标函数，相较于传统的控制方法省却了权重系数的调节，方便了用户的使用；同时，控制方法发挥了模型预测控制的优势，有着良好的动态性能。
附图说明
图1是所示为三相静止坐标系、两相静止坐标系和两相旋转坐标系示意图；
图2是本发明实施例中逆变器驱动永磁同步电机的电路原理图；
图3是电压空间矢量关系图；
图4是本发明实施例中宽容分层序列模型预测控制方法的流程图；
图5是应用本发明实施例中宽容分层序列模型预测控制方法控制后永磁同步电机转速、转矩、锭子磁链波形图；
图6是应用本发明实施例中宽容分层序列模型预测控制方法控制后永磁同步电机的三相电流动态波形图；
图7是应用本发明实施例中宽容分层序列模型预测控制方法控制后永磁同步电机的三相电流稳态波形图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例一
本实施例公开一种宽容分层序列模型预测控制方法，使用该方法预测控制三相永磁同步电机(PMSM)的转矩和磁链，如图2所示，该永磁同步电机由三相两电平电压源型逆变器驱动。
电机的数学模型可以通过以下三个坐标系来表示，如图1所示：
1)abc三相静止坐标系：abc分别为定子三相绕组轴向，互差120°电角度；
2)αβ两相静止坐标系：α轴重合a轴，β轴逆时针超前α轴90°电角度；
3)dq两相旋转坐标系：d轴为转子磁极轴向，q轴超前垂直于d轴。
三个坐标系通过Clark变换和Park变换相互变换。图1中，d轴和a轴夹角θr是转子位置角，而θs是定子磁链矢量位置角。
为了把三相静止abc坐标系的数学模型变换到两相静止αβ坐标系中去，需要进行Clark变换，其简称3/2变换，变换矩阵C3/2(等幅值坐标变换)如下：
Park变换是αβ坐标系与坐标系dq之间的转换，dq坐标系在空间随转子以电角速度ω一起旋转，其变换矩阵C2s/2r及其逆矩阵C2r/2s为：
三相两电平电压源型逆变器(以下简称“逆变器”)的结构如图2所示，输出的电压公式如下：
式中，Vdc为直流输入端的电压幅值，(SaSbSc)表示逆变器开关状态，每相桥臂的上下开关器件信号互补，例如Si＝1，i＝a，b，c表示，上桥臂Si导通，下桥臂关断；Si＝0表示上桥臂Si关断，下桥臂导通。逆变器共有8种开关状态，即(SaSbSc)＝(000)、(100)、(110)、(010)、(011)、(001)、(101)或(111)，相应就有8个电压矢量输出，电压空间矢量关系如图3所示。
永磁同步电机在dq坐标系下的数学模型为：
(A)电压方程：
其中，ud、uq和id、iq是定子电压和电流的dq坐标系分量，ψd、ψq是定子磁链dq轴坐标系分量，ωe是转子电角速度，ωe＝pωn，p是转子极对数，ωn是机械角速度，Rs是定子绕组电阻。
(B)磁链方程：
其中，Ld、Lq是dq轴同步电感，面装式永磁同步电机的Ld＝Lq＝Ls，内置式永磁同步电机的Ld＜Lq，ψf是永磁体磁链。
(C)转矩方程：
其中，Te是电磁转矩。
(D)运动方程：
其中，式中，TL是负载转矩，θr为转子位置角，即d轴与a轴的夹角，θr＝∫ωedt+θ0(θ0为转子初始位置电角度)，J、D和K分别是转动惯量、阻转矩阻尼系数和扭转弹性转矩系数。
由式(5)和式(6)推导出dq坐标系下面装式永磁同步电机在连续时间域的电流微分方程为：
其中，参数Rs为定子电阻；ψf为转子磁链；Ld、Lq为dq坐标系电感；ud、uq为dq坐标系电压；id、iq为dq坐标系电流；ωe＝pωn，p是转子极对数，ωn是机械角速度；Rs是定子绕组电阻。
考虑到数字平台可以在几十微秒内完成预测算法，此处将这些参数视为常数，设采样周期为Ts，根据欧拉前向获得离散时间域下的定子电流变量Δid、Δiq；
本实施例技术方案中，参照图4所示，该宽容分层序列模型预测控制方法聚包括以下步骤，
(1)第k个采样周期，使用预测模型预测永磁同步电机在第k+1个采样周期的转矩和磁链；此处第k个采样周期为当前采样周期，当前采样周期内，使用电流传感器检测永磁同步电机的三相定子电流，经坐标变换得到dq坐标系下的电流分量id(k)、iq(k)。该预测模型与第k个采样周期逆变器的输出电压矢量关联、与逆变器的所有输出电压矢量关联；逆变器的输出电压矢量为逆变器多个功率开关的状态组合，即逆变器的所有输出电压矢量包括(SaSbSc)＝(000)、(100)、(110)、(010)、(011)、(001)、(101)或(111)。
使用预测模型预测永磁同步电机在第k+1个采样周期的转矩Te(k+1)和磁链ψe(k+1)为：
其中，参数Rs为定子电阻；ψf为转子磁链；Ld、Lq为dq坐标系电感；ud、uq为dq坐标系电压；id、iq为dq坐标系电流；ωe＝pωn，p是转子极对数，ωn是机械角速度；Rs是定子绕组电阻。
以上步骤(1)，第k个采样周期时，使用预测模型计算预测到第k+1个采样周期内，分别在变压器的八组输出电压矢量的驱动下，永磁同步电机的八组转矩预测值和八组磁链预测值。
(2)基于以下公式一计算第k+1个采样周期永磁同步电机的转矩预测值与转矩目标值的误差J1，以及基于以下公式二计算第k+1个采样周期永磁同步电机的磁链预测值与磁链目标值的误差J2；
J1＝(Te *-Te k+1)2 (公式一)
J2＝(|ψs *|-|ψs k+1|)2 (公式二)
其中，Te *为转矩目标值；|ψs *|为磁链目标值；Te k+1为永磁同步电机在第k+1个采样周期的转矩预测值；|ψs k+1|为永磁同步电机在第k+1个采样周期的磁链预测值。
此处，使用光电编码器测量永磁同步电机的转子位置角，经微分换算获得转子转速ωm，使用PI控制器处理转子转速ωm和转子目标转速ω*，该转子目标转速ω*为与控制方法运行稳定性相关的恒定值；转矩目标值Te *与PI控制器的输出值相关。上述磁链目标值|ψs *|为与控制方法运行稳定性相关的恒定值。
以上步骤(2)，在第k个采样周期获取到第k+1个采样周期中永磁同步电机的八组转矩误差J1数据和八组磁链误差J2数据。
(3)基于宽容分层序列法在逆变器的所有输出电压矢量中选取最优输出电压矢量用作第k+1个采样周期逆变器的输出电压矢量，其包括，
从逆变器的八组转矩误差J1数据中选取误差J1小于等于转矩宽容值ε的输出电压矢量(J1≤ε)；在误差J1小于等于转矩宽容值的所有输出电压矢量中，选取误差J2最小的输出电压矢量为所述最优输出电压矢量；
或者，从逆变器的八组磁链误差J2数据中选取误差J2小于等于磁链宽容值的输出电压矢量；在误差J2小于等于磁链宽容值的所有输出电压矢量中，选取误差J1最小的输出电压矢量为所述最优输出电压矢量。
实施例二
本实施例公开一种宽容分层序列模型预测控制方法，为了使逆变器得到当前时刻的最佳输出电压矢量，本实施例的宽容分层序列模型预测控制方法使用延时补偿法，第k个采样周期时，使用预测模型预测永磁同步电机在第k+1个采样周期的转矩和磁链，并迭代计算第k+2个采样周期的预测转矩和预测磁链，取第k+2个采样周期的预测转矩和预测磁链控制第k+1个采样周期的永磁同步电机。
即，本实施例与实施例一的区别仅在于，第k个采样周期时，计算预测永磁同步电机在第k+2个采样周期的预测转矩和预测磁链，取第k+2个采样周期的预测转矩和预测磁链控制第k+1个采样周期的永磁同步电机。其具体步骤如下，此处需要说明的有，与实施例一相同部分的步骤不再赘述：
(1)使用预测模型预测永磁同步电机在第k+1个采样周期的转矩和磁链，并迭代计算第k+2个采样周期的预测转矩和预测磁链，取第k+2个采样周期的预测转矩和预测磁链控制第k+1个采样周期的永磁同步电机。
使用预测模型预测永磁同步电机在第k+1个采样周期的转矩和磁链，并迭代计算第k+2个采样周期的预测转矩Te(k+2)和预测磁链转矩ψe(k+2)为：
以上步骤(1)，第k个采样周期时，使用预测模型计算预测到第k+2个采样周期内，分别在变压器的八组输出电压矢量的驱动下，永磁同步电机的八组转矩预测值和八组磁链预测值。
(2)基于以下公式三计算第k+2个采样周期永磁同步电机的转矩预测值与转矩目标值的误差J3，以及基于以下公式四计算第k+2个采样周期永磁同步电机的磁链预测值与磁链目标值的误差J4；
J3＝(Te *-Te k+2)2 (公式三)
J4＝(|ψs *|-|ψs k+2|)2 (公式四)
其中，Te *为转矩目标值；|ψs *|为磁链目标值；Te k+2为永磁同步电机在第k+2个采样周期的转矩预测值；|ψs k+2|为永磁同步电机在第k+2个采样周期的磁链预测值。
此处，使用光电编码器测量永磁同步电机的转子位置角，经微分换算获得转子转速ωm，使用PI控制器处理转子转速ωm和转子目标转速ω*，该转子目标转速ω*为与控制方法运行稳定性相关的恒定值；转矩目标值Te *与PI控制器的输出值相关。上述磁链目标值|ψs *|为与控制方法运行稳定性相关的恒定值。
以上步骤(2)，在第k个采样周期获取到第k+2个采样周期中永磁同步电机的八组转矩误差J3数据和八组磁链误差J4数据。
(3)基于宽容分层序列法在逆变器的所有输出电压矢量中选取最优输出电压矢量用作第k+2个采样周期内逆变器的输出电压矢量，其包括，
从逆变器的所有输出电压矢量中选取误差J3小于等于转矩宽容值的输出电压矢量；误差J3小于等于转矩宽容值的所有输出电压矢量中，选取误差J4最小的输出电压矢量为所述最优输出电压矢量；
或者，从逆变器的所有输出电压矢量中选取误差J4小于等于磁链宽容值的输出电压矢量；误差J4小于等于磁链宽容值的所有输出电压矢量中，选取误差J3最小的输出电压矢量为所述最优输出电压矢量。
具体的，根据以上实施例二中的宽容分层序列模型预测控制方法，在Matlab2014a里建立起***的仿真模型并用发明的控制策略进行仿真。仿真参数：直流电压为Vdc＝300V，Rs＝2.35欧姆，Ls＝6.5mH，J＝0.0003kgm2，p＝4，控制***采样周期为20kHz，逆变器开关频率为3.79kHz。对控制方法进行稳态和动态仿真验证。
(1)动态仿真验证
速度给定从500r/min突变到2000r/min，转矩宽容值设为0.12，即转矩正负误差约在0.35以内。图5为永磁同步电机转速、转矩、定子磁链波形，图6为永磁同步电机三相电流动态波形。
(2)稳态仿真验证
转速2000r/min时，图7为永磁同步电机三相电流稳态波形。
从图5、图6和图7的仿真波形可以看出：(1)该发明能够较快的跟踪速度变化，其速度稳态时误差很小；(2)转矩测量值能很好地跟踪速度PI控制器输出的参考值，且误差在允许的范围内，磁链幅值变化较小。(3)电机输出的电流接近正弦波，转速表现平稳。稳态和动态仿真波形验证了本实施例的控制方法具有可行性和正确性。
实施例三
本实施例提供一种宽容分层序列模型预测控制设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器内并可在所述处理器上运行的程序，所述程序被所述处理器执行时实现实施例一或实施例二中的宽容分层序列模型预测控制方法。
实施例四
本实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有宽容分层序列模型预测控制开发程序，所述宽容分层序列模型预测控制开发程序被处理器执行时实现实施例一或实施例二中的宽容分层序列模型预测控制方法。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种宽容分层序列模型预测控制方法，使用该方法控制永磁同步电机，所述永磁同步电机由逆变器驱动，其特征在于：该方法包括，
(1)第k个采样周期，使用预测模型预测永磁同步电机在第k+1个采样周期的转矩和磁链；所述预测模型与第k个采样周期逆变器的输出电压矢量关联、与逆变器的所有输出电压矢量关联；所述逆变器的输出电压矢量为逆变器多个功率开关的状态组合；
(2)基于以下公式一计算第k+1个采样周期永磁同步电机的转矩预测值与转矩目标值的误差J1，以及基于以下公式二计算第k+1个采样周期永磁同步电机的磁链预测值与磁链目标值的误差J2；
J1＝(Te *-Te k+1)2 (公式一)
J2＝(|ψs *|-|ψs k+1|)2 (公式二)
其中，Te *为转矩目标值；|ψs *|为磁链目标值；Te k+1为永磁同步电机在第k+1个采样周期的转矩预测值；|ψs k+1|为永磁同步电机在第k+1个采样周期的磁链预测值；
(3)基于宽容分层序列法在逆变器的所有输出电压矢量中选取最优输出电压矢量用作第k+1个采样周期逆变器的输出电压矢量，其包括，
从逆变器的所有输出电压矢量中选取误差J1小于等于转矩宽容值的输出电压矢量；在误差J1小于等于转矩宽容值的所有输出电压矢量中，选取误差J2最小的输出电压矢量为所述最优输出电压矢量；
或者，从逆变器的所有输出电压矢量中选取误差J2小于等于磁链宽容值的输出电压矢量；在误差J2小于等于磁链宽容值的所有输出电压矢量中，选取误差J1最小的输出电压矢量为所述最优输出电压矢量。
2.一种宽容分层序列模型预测控制方法，使用该方法控制永磁同步电机，所述永磁同步电机由逆变器驱动，其特征在于：该方法包括，
(1)第k个采样周期，使用预测模型预测永磁同步电机在第k+1个采样周期的转矩和磁链，并迭代计算第k+2个采样周期的预测转矩和预测磁链，取第k+2个采样周期的预测转矩和预测磁链控制第k+1个采样周期的永磁同步电机；所述预测模型与第k个采样周期逆变器的输出电压矢量关联、与逆变器的所有输出电压矢量关联；所述逆变器的输出电压矢量为逆变器多个功率开关的状态组合；
(2)基于以下公式三计算第k+2个采样周期永磁同步电机的转矩预测值与转矩目标值的误差J3，以及基于以下公式四计算第k+2个采样周期永磁同步电机的磁链预测值与磁链目标值的误差J4；
J3＝(Te *-Te k+2)2 (公式三)
J4＝(|ψs *|-|ψs k+2|)2 (公式四)
其中，Te *为转矩目标值；|ψs *|为磁链目标值；Te k+2为永磁同步电机在第k+2个采样周期的转矩预测值；|ψs k+2|为永磁同步电机在第k+2个采样周期的磁链预测值；
(3)基于宽容分层序列法在逆变器的所有输出电压矢量中选取最优输出电压矢量用作第k+2个采样周期内逆变器的输出电压矢量，其包括，
从逆变器的所有输出电压矢量中选取误差J3小于等于转矩宽容值的输出电压矢量；误差J3小于等于转矩宽容值的所有输出电压矢量中，选取误差J4最小的输出电压矢量为所述最优输出电压矢量；
或者，从逆变器的所有输出电压矢量中选取误差J4小于等于磁链宽容值的输出电压矢量；误差J4小于等于磁链宽容值的所有输出电压矢量中，选取误差J3最小的输出电压矢量为所述最优输出电压矢量。
3.如权利要求1或2所述的宽容分层序列模型预测控制方法，其特征在于：使用光电编码器测量所述永磁同步电机的转子位置角，经微分换算获得转子转速ωm，使用PI控制器处理转子转速ωm和转子目标转速ω*，所述转矩目标值Te *与所述PI控制器的输出值相关。
4.如权利要求3所述的宽容分层序列模型预测控制方法，其特征在于：所述转子目标转速ω*为与控制方法运行稳定性相关的恒定值。
5.如权利要求1或2所述的宽容分层序列模型预测控制方法，其特征在于：所述磁链目标值|ψs *|为与控制方法运行稳定性相关的恒定值。
6.如权利要求1或2所述的宽容分层序列模型预测控制方法，其特征在于：使用电流传感器检测所述永磁同步电机的三相定子电流，经坐标变换得到dq坐标系下的电流分量；dq坐标系下面装式永磁同步电机在连续时间域电流微分方程为：
式中，参数Rs为定子电阻；ψf为转子磁链；Ld、Lq为dq坐标系电感；ud、uq为dq坐标系电压；id、iq为dq坐标系电流；ωe＝pωn，p是转子极对数，ωn是机械角速度；Rs是定子绕组电阻；
根据欧拉前向获得离散时间域下的定子电流变量Δid、Δiq；
式中，Ts为采样周期。
7.如权利要求6所述的宽容分层序列模型预测控制方法，其特征在于：第k个采样周期，使用预测模型预测永磁同步电机在第k+1个采样周期的转矩Te(k+1)和磁链ψe(k+1)为：
8.如权利要求7所述的宽容分层序列模型预测控制方法，其特征在于：第k个采样周期，使用预测模型预测永磁同步电机在第k+1个采样周期的转矩和磁链，并迭代计算第k+2个采样周期的预测转矩Te(k+2)和预测磁链转矩ψe(k+2)为：
9.一种宽容分层序列模型预测控制设备，其特征在于：包括存储器、处理器及存储在所述存储器内并可在所述处理器上运行的程序，所述程序被所述处理器执行时实现如权利要求1-8任一项所述的宽容分层序列模型预测控制方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质上存储有宽容分层序列模型预测控制开发程序，所述宽容分层序列模型预测控制开发程序被处理器执行时实现如权利要求1-8任一项所述的宽容分层序列模型预测控制方法。
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